Osnove programskega inz enirstva, C

(1)

0

Osnove programskega

inženirstva, C

Marjan Jenko

Fakulteta za

strojništvo

Univerze v

Ljubljani

Osnove programskega

inženirstva, C

Marjan Jenko

Fakulteta za

strojništvo

Univerze v

Ljubljani

(2)

Recenzenta: prof. ddr. Janez Žerovnik in doc. dr. Nikolaj Mole

Lektorirala: Andreja Cigale, prof. slov.

Grafična obdelava besedila: Avtor



Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, 2014

CIP - Kataložni zapis o publikaciji

Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana

004.43(075.8)(0.034.2)

JENKO, Marjan, 1961-

Osnove programskega inženirstva, C [Elektronski vir] /

Marjan Jenko. - El. knjiga. - Ljubljana : Fakulteta za strojništvo,

2014

Način dostopa (URL):

http://www2.arnes.si/~mjenko9/OPI-C/OPI-C.pdf

ISBN 978-961-6536-80-6 (pdf)

(3)

I

Kazalo

1 Uvod ... 1

1.1 Programsko inženirstvo ... 1

1.2 Vgradni sistem ... 6

1.2.1 Strojna oprema vgradnega sistema ... 9

1.2.2 Programska oprema vgradnega sistema ... 13

1.3 Učenje jezika C ... 14

2 Prvi programi – prevajanje in izpis ... 15

2.1 Naloge ... 16

2.1.1 N: Dober dan, svet ... 16

2.1.2 N: Navodilo programerju ... 16

2.1.3 N: printf(), vrnjena vrednost ... 17

2.1.4 N: Osebna vizitka ... 17

2.2 Rešitve (R) ... 18

2.2.1 R: Dober dan, svet ... 18

2.2.2 R: Navodilo programerju ... 19

2.2.3 R: printf(), vrnjena vrednost ... 20

2.2.4 R: Osebna vizitka ... 21

3 Spremenljivke, podatkovni tipi in aritmetični izrazi ... 22

3.1 Naloge ... 23

3.1.1 N: scanf(), printf() ... 23

3.1.2 N: Kalkulator ... 24

3.1.3 N: Polinom ... 24

3.1.4 N: Ulomek z eksponenti ... 25

(4)

3.1.6 N: Vsota kotov ... 26

3.1.7 N: Preračun iz °F v °C ... 26

3.1.8 N: Pretvorba iz radianov v stopinje ... 27

3.1.9 N: Obrat števk ... 27 3.2 Rešitve (R) ... 28 3.2.1 R: scanf(), printf() ... 28 3.2.2 R: Kalkulator ... 29 3.2.3 R: Polinom ... 30 3.2.4 R: Ulomek z eksponenti... 31

3.2.5 R: Obseg in površina kroga ... 33

3.2.6 R: Vsota kotov ... 34

3.2.7 R: Preračun iz °F v °C ... 36

3.2.8 R: Pretvorba iz radianov v stopinje... 37

3.2.9 R: Obrat števk ... 38

4 Programske zanke ... 39

4.1 Naloge ... 40

4.1.1 N: Izpis ASCII znakov, [0 .. 255] ... 40

4.1.2 N: Izpis ASCII znakov iz intervala ... 40

4.1.3 N: Izpis abecede velikih črk ... 41

4.1.4 N: Izpis abecede malih črk ... 41

4.1.5 N: getchar(), putchar() ... 41

4.1.6 N: 12 faktoriel ... 42

4.1.7 N: Tabela sinus[0..2π]... 43

4.1.8 N: Integral sin(x) ... 43

(5)

III

4.1.12 N: Poštevanka 10 * 10 ... 45

4.1.13 N: Vsota števk ... 46

4.1.14 N: ex_{kot vrsta do (člen < ε) ... 46}

4.2 Rešitve (R) ... 47

4.2.1 R: Izpis ASCII znakov, [0 .. 255] ... 47

4.2.2 R: Izpis ASCII znakov iz intervala ... 48

4.2.3 R: Izpis abecede velikih črk ... 49

4.2.4 R: Izpis abecede malih črk ... 50

4.2.5 R: getchar(), putchar()... 51 4.2.6 R: 12 faktoriel ... 52 4.2.7 R: Tabela sin[0 .. 2π] ... 53 4.2.8 R: Integral sin(x) ... 54 4.2.9 R: Integral polinoma ... 55 4.2.10 R: Fibonaccijevo zaporedje ... 56 4.2.11 R: Piramida ... 57 4.2.12 R: Poštevanka 10 * 10 ... 58 4.2.13 R: Vsota števk ... 59

4.2.14 R: ex_{kot vrsta do (člen < ε) ... 60}

5 Odločanje ... 61

5.1 Naloge ... 61

5.1.1 N: Je zadnja števka enaka »0«? ... 61

5.1.2 N: Celoštevilska deljivost? ... 62

5.1.3 N: Deljenje z realnim rezultatom ... 62

5.1.4 N: Značilke vnosov števil ... 63

5.1.5 N: Je leto prestopno? ... 64

5.1.6 N: Trikotnik a,b,c obstoja? ... 64

(6)

5.1.8 N: Sklanjanje za vnos ... 66

5.1.9 N: Je n praštevilo? ... 67

5.1.10 N: Produkt ne-nič števk ... 67

5.1.11 N: Izpis števk z besedami ... 68

5.2 Rešitve (R) ... 69

5.2.1 R: Je zadnja števka enaka »0«? ... 69

5.2.2 R: Celoštevilska deljivost? ... 70

5.2.3 R: Deljenje z realnim rezultatom ... 71

5.2.4 R: Značilke vnosov števil ... 72

5.2.5 R: Je leto prestopno? ... 74

5.2.6 R: Trikotnik a, b, c obstoja? ... 75

5.2.7 R: Kalkulator + - * / ... 77

5.2.8 R: Sklanjanje za vnos... 79

5.2.9 R: Je n praštevilo? ... 80

5.2.10 R: Produkt ne-nič števk ... 81

5.2.11 R: Izpis števk z besedami ... 82

6 Polja ... 84

6.1 Naloge ... 85

6.1.1 N: Vnosi in povprečje ... 85

6.1.2 N: Vnosi in dva izpisa... 86

6.1.3 N: Kopiranje polja v polje ... 87

6.1.4 N: Iskanje v polju... 88

6.1.5 N: Sprememba številske baze ... 89

6.1.6 N: Fibonaccijeva števila ... 89

(7)

V

6.2.1 R: Vnosi in povprečje ... 92

6.2.2 R: Vnosi in dva izpisa ... 93

6.2.3 R: Kopiranje polja v polje ... 94

6.2.4 R: Iskanje v polju ... 96

6.2.5 R: Sprememba številske baze ... 98

6.2.6 R: Fibonaccijeva števila ... 100 6.2.7 R: Koliko bankovcev ? ... 101 6.2.8 R: Transponiranje matrike ... 102 7 Funkcije ... 104 7.1 Naloge ... 104 7.1.1 N: Vsota števil ... 104 7.1.2 N: Parameter in spremenljivka ... 105 7.1.3 N: Globalni spremenljivki ... 105

7.1.4 N: Rešitev kvadratne enačbe ... 106

7.1.5 N: Funkcija Največji Skupni Delitelj (NSD) ... 107

7.1.6 N: Funkcija Fib() – Fibonaccijevo število ... 108

7.1.7 N: Funkcija s poljem ... 109 7.1.8 N: Fibonacci rekurzivno ... 110 7.1.9 N: Faktoriela rekurzivno ... 111 7.2 Rešitve (R) ... 112 7.2.1 R: Vsota števil ... 112 7.2.2 R: Parameter in spremenljivka ... 113 7.2.3 R: Globalni spremenljivki ... 114

7.2.4 R: Rešitev kvadratne enačbe ... 115

7.2.5 R: Funkcija Največji Skupni Delitelj (NSD) ... 119

7.2.6 R: Funkcija Fib() – Fibonaccijevo število ... 121

(8)

7.2.8 R: Fibonacci rekurzivno ... 124 7.2.9 R: Faktoriela rekurzivno ... 125 8 Strukture ... 126 8.1 Naloge ... 126 8.1.1 N: Razdalja ... 126 8.1.2 N: Pretečeni čas ... 127 8.2 Rešitve ... 128 8.2.1 R: Razdalja ... 128 8.2.2 R: Pretečeni čas ... 130 9 Nizi ... 132 9.1 Naloge ... 132

9.1.1 N: Vpis, izpis niza... 132

9.1.2 N: Obrni niz ... 133 9.1.3 N: Niz v strukturi ... 133 9.1.4 Naredimo najdiNiz() ... 134 9.1.5 N: Naredimo odstraniNiz() ... 135 9.1.6 N: Naredimo vstaviNiz() ... 136 9.1.7 N: Naredimo zamenjajNiz() ... 137 9.1.8 N: Preštej besede... 138 9.1.9 N: Sprememba velikosti črk ... 138 9.1.10 N: Palindrom? ... 139 9.1.11 N: Značilke niza ... 139 9.1.12 N: Združitev nizov ... 140 9.2 Rešitve ... 141

(9)

VII 9.2.4 R: Naredimo najdiNiz() ... 144 9.2.5 R: Naredimo odstraniNiz() ... 145 9.2.6 R: Naredimo vstaviNiz() ... 147 9.2.7 R: Naredimo zamenjajNiz() ... 149 9.2.8 R: Preštej besede ... 152 9.2.9 R: Sprememba velikosti črk ... 153 9.2.10 R: Palindrom? ... 154 9.2.11 R: Značilke niza ... 156 9.2.12 R: Združitev nizov ... 158 10 Kazalci ... 159 10.1 Naloge ... 160 10.1.1 N: Kazalci, * ... 160 10.1.2 N: Kazalci, * in & ... 161

10.1.3 N: Kazalci, dinamična dodelitev spremenljvke ... 162

10.1.4 N: Kazalec in operatorji *, &, ++ ... 163

10.1.5 N: Dinamično narejen povezan seznam... 164

10.1.6 N: Kazalci – parametri funkcije; statična spremenljivka ... 165

10.1.7 N: Kazalci – parametri funkcij... 166

10.1.8 N: Kazalec na funkcijo ... 167

10.2 Rešitve ... 168

10.2.1 R: Kazalci, * ... 168

10.2.2 R: Kazalci, * in & ... 168

10.2.3 R: Kazalci, dinamična dodelitev spremenljivke ... 168

10.2.4 R: Kazalec in operatorji *, &, ++ ... 169

10.2.5 R: Dinamično narejen povezan seznam ... 170

10.2.6 R: Kazalci - parametri funkcij; statična spremenljivka... 172

(10)

10.2.8 R: Kazalec na funkcijo... 175

11 Delo z biti ... 177

11.1 Naloge ... 177

11.1.1 N: Bitni operatorji ... 177

11.1.2 N: Prireditveni bitni operatorji ... 178

11.1.3 N: Velikost tipov integer, short integer, long integer ... 179

11.1.4 N: Iskanje bitnega vzorca ... 180

11.2 Rešitve ... 181

11.2.1 R: Bitni operatorji ... 181

11.2.2 R: Prireditveni bitni operatorji ... 183

11.2.3 R: Velikosti tipov int, short int, long int ... 185

11.2.4 R: Iskanje bitnega vzorca ... 187

12 Datotečne funkcije ... 190

12.1 Naloge ... 190

12.1.1 N: Pisanje v datoteko ... 190

12.1.2 N: Vpis in izpis ... 191

12.1.3 N: Kopiranje datoteke po bytih ... 192

12.1.4 N: Kopiranje datoteke po blokih ... 193

12.1.5 N: Sprememba v velike črke ... 194

12.1.6 N: Velikost datoteke ... 195 12.1.7 N: Izpis meritev ... 196 12.1.8 N: Izpis po n vrstic ... 198 12.2 Rešitve ... 200 12.2.1 R: Pisanje v datoteko ... 200 12.2.2 R: Vpis in izpis ... 201

(11)

IX

12.2.5 R: Sprememba v velike črke ... 208

12.2.6 R: Velikost datoteke ... 209

12.2.7 R: Izpis meritev ... 210

12.2.8 R: Izpis po n vrstic ... 212

13 Literatura ... 214

e_branje:

Bralniki pdf: Adobe, Foxit, Nitro, PDF-Xchange, Sumatra.

Velikosti strani in črk sta usklajeni z navodilom Založbe FS.

(12)

1 Uvod

1.1 Programsko inženirstvo

Programsko inženirstvo je strukturiranje in izvajanje programerskih

procesov od potrebe po programski rešitvi preko razvoja, uporabe,

vzdrževanja programskega produkta do opustitve programske rešitve

[1, str. 82-250]. Velika večina načinov strukturiranja programerskih

procesov po načelih programskega inženirstva je univerzalna oziroma

neodvisna od konkretnih funkcionalnih zahtev programov, njihovega

namena, od platform na katerih naj delujejo ter od njihovih lastnosti in

uporabnikov.

V programskem inženirstvu je uveljavljen inženirski pristop k pisanju

programov. Poudarek je na zagotavljanju kakovosti programskih rešitev.

To je omogočeno s sprotno verifikacijo funkcionalnosti, s strukturiranjem

in z dokumentiranjem programske opreme za kasnejše vzdrževanje

tekom življenjske dobe produkta ter z doseganjem rokov izdelave

programske opreme ob nepreseženih stroških.

Programsko inženirstvo je interdisciplinarno področje. Obsega

strukturiranje programske opreme, kodiranje, verifikacijo, timsko

vodenje, razumevanje procesov, ki naj jih programska rešitev krmili in

odnose z naročniki. Najbolj osnovna zahteva je, da programski produkti

ne vsebujejo napak. Sprotne verifikacije funkcionalnosti zelo izboljšajo

kakovost programskih rešitev. Pri razvoju računalniško krmiljenih in

računalniško spremljanih distribuiranih proizvodnih procesov ter

visokotehnoloških mehatronskih naprav razvoj programske opreme še

vedno predstavlja visok dejavnik tveganja. Razloga sta vsaj dva: a)

krmiljenje procesov in funkcionalnost naprav sta vedno bolj odvisna od

programske opreme in b) interna kompleksnost programske opreme – od

uporabniškega programa do izvajanja strojne kode – je v primerjavi z

ostalimi gradniki visokotehnoloških naprav velika. Programiranje je

(13)

pomanjkljivosti in odpravijo napake, preden postanejo prepoznavne v

delovanju sistema in/ali naprave.

Programsko opremo lahko delimo na uporabniške programe, opremo

sistemov za krmiljenje v realnem času, distribuirane rešitve upravljanja

proizvodnih procesov, sistemsko programsko opremo, programe

informacijsko-komunikacijske infrastrukture, distribuirane poslovne

aplikacije in drugo. Zakonitosti za uspešen razvoj teh različnih sistemov

so skupne.

Proces izdelave programske opreme razdelimo v posamezne faze:

definicija problema, študija izvedljivosti, analiza in določitev zahtev,

načrtovanje sistema, strukturiranje programske rešitve, kodiranje,

testiranja in verifikacije, sistemska integracija, testiranje celote, predaja

produkta, vzdrževanje in posodabljanje programskega produkta tekom

življenjske dobe.

Prednosti formalno strukturiranega in izvajanega razvoja programskih

produktov, torej udejanjanja metod programskega inženirstva, pred ad

hoc rešitvami so: večja produktivnost, projekt je bolj obvladljiv -

posledično je delo manj stresno, zanesljivost delovanja programskega

izdelka je bistveno večja; ni nujno, da čas in cena izdelave programskega

izdelka bistveno odstopata od napovedi; čas učenja novih programerjev

je krajši, kakovost znanja pa je višja.

Razvoj programske opreme po metodah programskega inženirstva

sistemsko izloča razloge za neuspeh programskih izdelkov. Običajno so

to napake v delovanju, do katerih prihaja skoraj naključno oziroma je

kakovost programske rešitve slaba, preseženi so roki in stroški,

nerazumljene in/ali nezadovoljene so uporabnikove potrebe, vzdrževanje

je težavno. Do teh usodnih razlogov za neuspeh sicer pride zaradi

neustreznega planiranja razvoja, nezadostno določenih ciljev projekta,

prepovršnega razumevanja uporabnikovih potreb, nezadostnega

sprotnega in končnega preverjanja funkcionalnosti, nezadostnega znanja

razvojnikov in nezadostnega razumevanja potrebnih razvojnih vložkov

razvijalca in uporabnika [3, str. 175–189].

(14)

Po metodah programskega inženirstva nameravano funkcionalnost

programske opreme strukturiramo v diagrame, sestavljene iz hierarhično

oblikovanih medsebojno povezanih funkcijskih blokov. Ti diagrami so

formalizacija delovanja programske opreme.

Programsko opremo kodiramo v različnih programskih jezikih. Vsaka

programska oprema se izvaja na nekem računalniku, v katerem nek

mikroprocesor izvaja programske ukaze. Najbolj elementarno je

programiranje v strojnem jeziku, ki je na nivoju ničel in enojk, nosilcev

informacije v digitalnem sistemu. Produktivnost takšnega programiranja

je za izdelavo uporabniških programov neuporabno nizka. Vendar, tak je

bil začetek programiranja (orodja za drugačno programiranje je bilo šele

treba narediti). Nadgradnja strojnega jezika je zbirnik (asembler), ki že

ima besedne programske ukaze. Ti ukazi so določeni z ozirom na

arhitekturo mikroprocesorja – gre za programske ukaze na nivoju dela z

registri, spominskimi lokacijami, logičnimi in aritmetičnimi enotami.

Vsak mikroprocesor ima praktično svoj zbirnik. Ti programi niso

prenosljivi. Na prvi pogled to ni pomembno, dejansko pa je prenosljivost

programske opreme med njenimi najpomembnejšimi lastnostmi. Tudi

takšno programiranje je za izdelavo uporabniških programov

predolgotrajno in s tem neproduktivno. Kasneje, za nizkonivojskima

strojnim jezikom in zbirnikom, so nastali višjenivojski programski

jeziki, ki imajo sintakso in semantiko prilagojeno logičnim potrebam

pisanja programov, ne pa arhitekturi mikroprocesorja.

Tehnološko so glavni del teh jezikov prevajalniki nizov programskih

ukazov v zbirnik in naprej v strojno kodo mikroprocesorja. Uporabniško

pa je glavni del teh jezikov nabor efektivnih ukazov za programiranje,

oziroma za »izražanje v programskem jeziku«. Ogromna je razlika med

kodiranjem z ukazi, ki so »pisani na kožo« danemu mikroprocesorju in

med kodiranjem z ukazi, ki so »pisani na kožo« uporabniku programerju

oziroma so definirani kot gradniki za efektivno pisanje uporabniških

programov.

(15)

v strojni jezik. Zato so zbirniki za različne mikroračunalnike lahko

nastajali hkrati z razvojem mikroračunalnikov od šestdesetih let

prejšnjega stoletja naprej. Na začetku računalniških tehnologij so v

zbirniku (ker drugega ni bilo) pisali celo operacijske sisteme in

uporabniške programe. Na primer, IBM PC DOS in Lotus 123 sta

napisana v zbirniku.

Šele v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so nastali prevajalniki iz

višjih programskih jezikov v zbirnik in/ali v strojno kodo za vsaj najbolj

razširjene mikroprocesorske arhitekture. Takrat je nastajal programski

jezik C (med 1969 in 1973), ki ga tudi danes najbolj uporabljamo za

razvoj programske opreme vgradnih sistemov. Pred C-jem so nastali

Fortran (1953), ALGOL (ALGOrithmic Language), Simula, BASIC,

pascal (1968) in objektni pascal. C-ju sledijo Visual BASIC, LabVIEW,

objektni C, C++, C#, .NET, IEC 61131-3 ST (Strukturirani Tekst, angl.

structured text), Java in PHP. Evolucija programskih jezikov je zvezna.

Sedanji poudarek je na platformski neodvisnosti programskih rešitev.

Programski jezik C je nastal z namenom univerzalne uporabnosti (visoko

in nizkonivojski jezik) v AT&T Bell Laboratories. Avtorja sta Dennis

Ritchie in Brian Kernighan. Prve C prevajalnike so napisali za platforme

z UNIX operacijskim sistemom. Kasnejši C prevajalniki za MS-DOS so

omogočili masovno uporabo C jezika.

Programski jezik C vsebuje ukaze in podatkovne strukture, ki so

namenjeni preglednemu in strukturiranemu pisanju uporabniških

programov oziroma visokonivojskemu programiranju ter tudi ukaze in

podatkovne strukture, ki so namenjeni programiranju na nivoju

spominskih lokacij in posameznih bitov oziroma nizkonivojskemu

programiranju. V C-ju so na primer napisani orodji Mathematica in

MATLAB ter operacijski sistem UNIX. Na osnovi C-ja so razviti

objektno orientirani jeziki C++, objektni C, C# in Java. Programsko

sintakso in semantiko po C-ju povzema IEC 61131-3 ST za

programiranje programabilnih logičnih krmilnikov (PLK-jev). Zaradi

dobre logične zasnove in posledične uporabnosti C-ja so razvijalci

napisali prevajalnike iz C kode v strojno kodo za večino

(16)

mikroprocesorjev. C kodo, ki je pisana po standardu ANSI (angl.

American National Standards Institute), lahko prevajamo za izvajanje na

različnih strojnih platformah in na različnih operacijskih sistemih ob zelo

malo spremembah kode. Posledično je večina programske opreme za

upravljanje visokotehnoloških naprav in procesov, implementiranih v

vgradnih sistemih (angl. embedded systems), pisana v jeziku C. Leta

1990 je bil publiciran prvi ANSI C standard. Zadnji ANSI C standard je

iz leta 2011.

Jezik C zaradi premišljene strukture ukazov lahko uporabljamo za pisanje

obsežnih distribuiranih programov, samostojne programe, zaradi podpore

delu s kazalci (angl. pointers) za direktno programiranje strojne opreme,

pisanje operacijskih sistemov, skratka C se je zaradi njegove

univerzalnosti smiselno naučiti. C podpira veliko večino konceptov

programiranja. Za objektno programiranje je C nadgrajen v objektni C in

v C++.

Pri razvoju C-ja je bilo pomembno, naj prevajalnik generira čim bolj

efektivno strojno kodo (malo kode, nič odvečnosti, hitro izvajanje), naj

omogoča direkten dostop do spomina oziroma do naslovov spominskih

lokacij, in naj deluje s čim manj podpornimi knjižnicami. Posledično

C-jeva zasnova omogoča pisanje programske opreme tudi na področjih,

kjer je bil prej potreben zbirnik. Višjenivojski C jezik je nadgradnja

zmožnosti nizkonivojskega programiranja in omogoča univerzalno

programiranje oziroma neodvisnost od strojne platforme.

Inženirji strojništva razvijajo sisteme za krmiljenje in spremljanje

proizvodnje, integracijo proizvodnih s poslovnimi sistemi, krmiljenje in

spremljanje distribuiranih proizvodnih in logističnih procesov, procesno

avtomatizacijo in nove mehatronske naprave. Komponente

visokotehnološke mehatronske naprave so mehanski sistem, elektronska

platforma z mikrokrmilnikom za zajem podatkov, za izvajanje krmilnih

algoritmov in krmiljenje aktuatorjev ter programska oprema.

(17)

jo v bolj ali manj narejenem stanju prenesemo na vgradni sistem naprave,

kjer jo razvijemo do konca. Prenosljivost programske opreme z

zmogljive na manj zmogljivo platformo je kar nujna za produktiven in

kakovosten razvoj programske opreme za vgradne sistema. Tu pride do

izraza v ANSI C vgrajena prenosljivost. Poleg tega, da omogočajo visoko

in nizkonivojsko programiranje, so ANSI C programi teoretično

popolnoma, praktično pa zelo prenosljivi med razvojnimi platformami in

vgradnimi sistemi. Programiranje v ANSI C-ju omogoča tudi

vzdrževanje vgradnih sistemov. Ko je iz različnih razlogov treba

zamenjati mikrokrmilnik z novejšim (dobavljivost ali s časom potreba po

razširitvi funkcionalnosti), je velika večina ANSI C kode v

nespremenjeni obliki primerna za ponovno uporabo v novem sistemu.

Učiti se večino aktualnih programskih jezikov na zalogo predstavlja

neučinkovito rabo energije in časa. Metodično se seznaniti z uporabo

večine ukazov standardiziranega platformsko prenosljivega visoko in

nizkonivojskega jezika, ki predstavlja osnovo tudi za druge moderne

jezike, pa je smiselna osnova za pisanje distribuiranih programskih orodij

in za mehatronsko interdisciplinarno delo.

Komponenta mehatronskega interdisciplinarnega projekta je vgradni

sistem oziroma sodobna implementacija krmiljenja.

1.2 Vgradni sistem

Vgradni sistem je krmilni sistem, ki sestoji iz mikrokrmilnika (angl.

microcontroller) , vseh potrebnih perifernih enot – zaznaval, aktuatorjev,

torej iz celotne elektronike in ustrezne programske opreme, ki določa

funkcionalnost visokotehnološke naprave [4, str. 5-31].

Še pred desetimi leti je večina naprav delovala brez vgrajenih

mikroračunalnikov. Krmilna logika je bila izvedena na nivoju logičnih

vrat in spominskih celic ali celo z zobniki, kontakti in vzmetmi (kot so še

vedno narejeni na primer krmilniki cenejših pralnih in pomivalnih

strojev). V teh tehnologijah praktično ni možno izvesti kompleksnejših

upravljalskih funkcij. Od iznajdbe računalnika naprej pa je zmogljivejši

krmilni sistem realiziran z ločenim računalnikom, povezanim z napravo

(18)

ali sistemom z množico kablov za zajemanje podatkov in za krmiljenje

aktuatorjev.

Vgradni sistem je del same naprave. Vgrajeno mikroračunalniško

krmiljenje naprave poenostavi sistemski razvoj in omogoča fleksibilnost

delovanja naprave – spremembe in izboljšave so narejene v programski

opremi. Visokotehnološkega mehatronskega izdelka se danes brez

vgradnega sistema praktično ne da več narediti. Uporabnik pogosto niti

ne ve, da je naprava računalniško krmiljena. Z uporabniškega stališča

način krmiljenja niti ni pomemben. Obstoj vgradnih sistemov je

spremenil celoten koncept delovanja in uporabniške izkušnje

visokotehnoloških naprav. Za ponazoritev navajamo dva primera:

Pri ščetki na sliki 1 mikrokrmilnik krmili intenzivnost in čas trajanja

vibracij ščetke, brezkontaktno indukcijsko polnjenje ter prikaz stanja

baterije. Nekoč je bila zobna ščetka sestavljena samo iz ročaja in ščetin.

Razlika med staro in novo zobno ščetko je očitna in velika. Čiščenje na

novi način je uspešnejše (odstranjevanje oblog z vibracijami) in manj

uničujoče kot prej (manj je drgnjenja in posledično obrabe).

Pri parnem kotlu na sliki 1 zmogljivejši mikrokrmilnik krmili več deset

kilovatov električne moči za izvajanje termičnih procesov kuhanja ali

vrenja ali poparjevanja do sto petdeset litrov hrane. Hkrati krmili tudi

uporabniški vmesnik na dotik, prikaz spremenljivk, beleženje procesnih

spremenljivk in podatkovno/servisno komunikacijo prek internetnega

omrežja.

Konceptualno sta si krmilna sistema obeh naprav zelo podobna. Seveda

kompleksnost izvedbe narašča z zahtevnostjo krmiljenja.

Mikrokrmilnik krmili tudi moderno računalniško miško, vsak podatkovni

disk, tiskalnik, avtomat za hrano in/ali pijačo, telefon, multimedijske

naprave, veliko igrač in predvsem tehnološko zahtevne produkte, kjer

zmogljivo krmiljenje res pride do izraza: kompleksna industrijska

(19)

pečice, razne gospodinjske naprave, medicinske diagnostične naprave,

roboti za medicinske operacije, prodajni terminali in mnogo drugega.

Slika 1: Z vgradnim sistemom krmiljena zobna ščetka Sonicare® in Parni

kotel Kogast®

Trenutno na vsak osebni računalnik izdelajo več kot sto vgradnih

sistemov. Razvoj krmiljenja naprav z vgradnimi sistemi je omogočil

krajše čase razvoja novih naprav in več funkcionalnosti ob dosegljivi

ceni. Nove naprave za industrijsko in osebno rabo so informacijsko

povezljive in imajo intuitivne uporabniške vmesnike. Predvsem v

krmiljenju procesov so na razpolago nove možnosti pri zaznavalih,

krmiljenju samem in pri aktuatorjih. Potencialen rezultat so naprave s

(20)

popolnejšim krmiljenjem, posledično z večjim izkoristkom, torej z

manjšo porabo energije in z manj škodljivim vplivom na okolje.

Vgradni sistemi sestojijo iz strojne in programske opreme.

1.2.1 Strojna oprema vgradnega sistema

Strojna oprema je danes izključno v domeni elektrotehnike in

elektronike. Prve implementacije krmiljenja procesov so bile izvedene z

mehanskimi in/ali elektromehanskimi sistemi in še to le takrat, kadar je

bilo to res nujno za implementacijo delovanja in/ali določeno tehnološko

prednost. Takšno uporabo so predstavljali elektromehanski računalniki za

določanje parametrov streljanja na vojaških ladjah in sklopi krmilnih

sistemov na vojaških letalih za podporo in razbremenitev pilota v drugi

svetovni vojni.

Z razvojem polprevodniških tehnologij so krmilne naprave postale

manjše in zmogljivejše. Razvoj digitalne tehnologije je najprej omogočil

industrijsko avtomatizacijo z logičnimi vezji. Njihovi gradniki so logična

vrata AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR in spominski elementi D flip

flopi ter SR flip flopi. Na tak način lahko realiziramo logične sekvenčne

avtomate, gradnja kompleksnejše avtomatizacije pa ni ekonomsko

upravičena.

Leta 1971 je podjetje Texas Instruments vložilo patentno prijavo za prvi

mikroprocesor narejen v enem samem vezju (angl. single-chip

microprocessor) . Osemdeseta leta prejšnjega stoletja zaznamuje začetek

tehnologije vgradnih sistemov.

Gradniki današnjih vgradnih sistemov so mikrokrmilniki, potencialno vsa

kataloška integrirana vezja in drugi elektronski elementi. Kadar zahteve

implementacije tehnološkega procesa to zahtevajo in je ekonomsko

upravičeno, izdelamo tudi dodatna integrirana vezja po naročilu (angl.

custom integrated circuit). Enostavnejša tehnologija, ki to omogoča, je

(21)

izdelava ASIC (angl. Application Specific Integrated Circuit). Samo

velike serije izdelka in visoke tehnološke zahteve upravičijo tak razvojni

strošek.

Vsak mikrokrmilnik vsebuje mikroprocesor. Na splošno le-ta sestoji iz

aritmetične logične enote (angl. arithmetic logic unit ALU),

instrukcijskega dekoderja, polja registrov (spominskih lokacij) in

kontrolne enote.

V najosnovnejšem smislu je mikroprocesor naprava za izvajanje algebre.

Prvi izdelki z vgrajenim mikroprocesorjem so bili ročni kalkulatorji, ki

vsakršno računanje močno poenostavijo. Pred tem so si inženirji pri

računanju pomagali s pomičnim mehanskim računalom (angl. slide rule,

nem. Rechenschieber), ki ga je kalkulator povsem izpodrinil. Ob

primerljivi ceni omogoča bistveno več in je enostavnejši za uporabo.

Naprava, ki izvaja algebro, izvaja tudi logične funkcije. Le-te so

definirane v dvojiškem številskem sistemu, ki je za računalniško

implementacijo bistveno primernejši od desetiškega, ki ga uporabljamo

za vsakodnevno računanje.

Za rabo mikroprocesorja v krmiljenju procesov v realnem času je bilo

treba dodati bistvene periferne enote za zajem podatkov krmiljenega

sistema, krmiljenje aktuatorjev in prenos podatkov po komunikacijskem

omrežju. Takšno integrirano napravo imenujemo mikrokrmilnik.

Mikrokrmilnik z blokovno shemo na sliki 2 vsebuje mikroprocesor in

periferijo za krmiljenje industrijskih procesov in naprav v realnem času:

programabilne vhodno-izhodne enote, ki jih lahko precej poljubno

programsko nastavimo kot digitalne in analogne podatkovne vhode ter

izhode, primerjalnike signalov, časovnike za merjenje časov in

zakasnitev, več podatkovnih vhodov s sposobnostjo proženja prekinitve

osnovnega delovanja in takojšnje obdelave logičnega pogoja v trenutku,

ko se zgodi. Dodanih je še več analogno digitalnih pretvornikov za zajem

analognih veličin in enota za komuniciranje z mrežnim informacijskim

sistemom.

(22)

Slika 2: Blokovna shema mikrokrmilnika družine MSP430, Texas

Instruments

(23)

mikrokrmilniku je shranjenih in se izvaja približno pet tisoč vrstic kode

C. Ostali elementi na sliki 3 so močnostna stikala in signalni filtri ter

napetostne zaščite vhodnih signalov. Ti elementi zahtevajo določeno

površino oziroma volumen, saj preklapljajo konkretne moči pri omrežni

napetosti. Popolna miniaturizacija tiskanega vezja ni možna zaradi

omrežne napetosti med posameznimi povezavami vezja. S podobno

grajenimi sistemi krmilimo različne industrijske procese, naprave in

sklope naprav.

Vmesna stopnja med delovno postajo (angl. workstation), uporabljeno

kot računalnik za upravljanje industrijskega procesa in/ali naprave ter

med vgradnim sistemom za upravljanje procesa in/ali naprave predstavlja

Programabilni Logični Krmilnik - PLK (angl. Programmable Logic

Controller – PLC), slika 4.

Slika 4: Programabilni modularno grajen logični krmilnik Beckhoff®

PLK-ji so namenjeni krmiljenju industrijskih procesov in splošni

industrijski avtomatizaciji. PLK-je programiramo v lestvičastih

diagramih (angl. ladder diagram, LD), v diagramih funkcijskih blokov

(angl. function block diagram, FBD), v sekvenčnih funkcijskih diagramih

(angl. sequential function chart, SFC), v zaporedjih instrukcij (angl.

(24)

instruction list. IL), v strukturiranem tekstu (angl. structured text, ST,

zelo podobno C-ju), lahko pa tudi v C-ju [5, str. 40] (določila PLK

programskega standarda IEC 61131-3). PLK-ji so narejeni modularno.

Za vsako aplikacijo sestavimo potrebno konfiguracijo iz posameznih

tipskih gradnikov. PLK-ji kot vgradni sistemi niso primerni – še vedno so

preveč univerzalni, oziroma ne dovolj specializirani za krmiljenje

serijsko izdelanih naprav. Cena in fizični volumen takih krmilnih naprav

bi bila prevelika! Le optimizacija mikroračunalnika na nivoju

integriranih vezij omogoča največjo fleksibilnost ter zmogljivostno in

cenovno optimizacijo serijsko izdelane visokotehnološke moderne

naprave.

Uporabniški vmesniki vgradnega sistema so lahko zelo različni.

Vmesniki polpreteklega časa so narejeni s folijskimi tipkovnicami in s

prikazovalniki s svetlečimi diodami. Najmodernejši vmesniki imajo

zaslone LCD (angl. Liquid Crystal Display), ki so občutljivi na dotik.

Takšne vmesnike imajo na primer pametni telefoni. Narejeni so v

milijonskih serijah, zato so lahko in morajo biti popolnoma funkcionalno

optimizirani. Nudijo najboljšo možno uporabniško izkušnjo, ki si jo

uporabnik lahko želi pri vseh visokotehnoloških napravah. Veliko

proizvodov pa ne prenese dodatne cene vseh tehnologij, ki so uporabljene

v pametnem telefonu. Mnogo naprav je narejenih v majhnih serijah, ker

so namenjene specifični uporabi in ne vsakemu prebivalcu globalnega

sveta. Količina ekonomsko upravičenega razvojnega dela je tesno

odvisna od velikosti serije naprave.

1.2.2 Programska oprema vgradnega sistema

Mikrokrmilnik je namensko konstruiran za krmiljenje procesov in naprav

v realnem času. Za konkretno krmiljenje je treba programsko nastaviti

delovanje vseh perifernih enot in napisati programsko opremo, ki določa

funkcionalnost naprave v realnem času – brez nenačrtovanih zakasnitev

delovanja in z zanesljivim delovanjem ob vsakršnih kombinacijah ter

zaporedjih vhodnih podatkov.

(25)

standardu ANSI, lahko prevajamo za različne strojne platforme in za

različne operacijske sisteme, ob relativno majhnih spremembah kode.

1.3 Učenje jezika C

Referenčni dokument jezika C je [6] v slovenskem prevodu [7]. Sintaksa

in semantika programskih ukazov C sta podani na primer v [6, str.

191-239], [8, str. 905–1004] in [9, str. 429–466].

Funkcionalnost standardne knjižnice C je podana na primer v [6, str.

241–258], [9, str. 467–492] in [10].

Učenje programskega jezika strukturiramo za postopno dodajanje

kompleksnosti kot na primer v [11]. Tudi v tem učnem pripomočku so

naloge in koda njihovih rešitev strukturirani v zaključene celote.

Razpored poglavij je povzet po [9]. Kompleksnost nalog narašča

postopoma, saj v naslednjih poglavjih uporabljamo znanje iz prejšnjih

poglavij. C je jezik s širokim krogom uporabnikov, kratke primere

najdemo tudi na medmrežju, kot na primer v [12]. Znanje C-ja nam

predstavlja programersko osnovo, ki jo nadgrajujemo s posebnostmi

programiranja za izdelavo krmiljenja v realnem času in z drugimi

proceduralnimi in objektno orientiranimi jeziki za izdelavo distribuiranih

programskih rešitev.

(26)

2 Prvi programi – prevajanje in izpis

Poudarki:

−

Prevajanje programa v izbranem programskem okolju.

−

Vključitev knjižnice stdio (standardni I/O) v program.

−

Argumenti programa main().

−

Znaki za vključitev komentarja.

−

Izpis nizov s printf().

−

Kontrolni znak ‘\n’ v izpisu.

−

Kontrolni znak za oblikovanje podatka v izpisu – ‘%d’ – decimal,

desetiški izpis celega števila.

−

Vrnjena vrednost funkcije printf().

−

Izpis celoštevilskega števila s printf().

−

#pragma ukazi prevajalniku.

Opombi:

−

V navodilih nalog so šumniki pravilno pisani. V zahtevkih po

izpisih programov in v rešitvah nalog pa šumnikov ni. Velika

večina programskih orodij za ANSI C programiranje za zapis črk

uporablja le standardno tabelo 256 ASCII znakov brez šumnikov.

−

Za ANSI C prevajalnik s piko ločimo celi in decimalni del

realnega števila. Oba dela nimata dodatnih znakov za izboljšanje

preglednosti (na primer knjižno oblikovan zapis 1.2345,67 tu

pišemo kot 12345.67).

(27)

2.1 Naloge

2.1.1 N: Dober dan, svet

Program naj izpiše:

“Dober dan, svet!”

“Hello world!“

Namen: Naš prvi program. Nepisano pravilo je, da je v vsakem jeziku

prvi izdelek napis “Hello world“, torej “Dober dan, svet! “

Izpis:

//---

2.1.2 N: Navodilo programerju

Program naj izpiše:

“1. V C jeziku je pomembno razlikovati med velikimi in malimi crkami.

2. Program zacnemo s funkcijo main().

3. Vsako funkcijo zacnemo z zavitim oklepajem in koncamo z zavitim

zaklepajem.

4. Vsak programski stavek zakljucimo s podpicjem.“

Namen: Raba funkcije printf() s kontrolnim znakom za novo vrsto in z

zapisom oklepaja.

Izpis:

(28)

2.1.3 N: printf(), vrnjena vrednost

S funkcijo printf() izpišimo »Zdaj je cetrtek zvecer«. V naslednjem

printf() izpišimo vrnjeno vrednost prvega printf(), - dolžino prvega izpisa.

Namen: Izpis vrnjene vrednosti funkcije printf(). Funkcije pišemo tako,

da z vrnjeno vrednostjo informirajo o načinu izvajanja ali o vrsti napake

v izvajanju funkcije.

Izpis:

//---

2.1.4 N: Osebna vizitka

Napišimo program, ki s funkcijo printf() semi-grafično izpiše vizitko

poljubne osebe v poljubni obliki.

Namen: Izpis besedila z ambicijo grafičnega oblikovanja.

Izpis:

(29)

2.2 Rešitve (R)

2.2.1 R: Dober dan, svet

/* najprej pojasnilo o #pragma – pragmatic – pragmaticen – prakticen: vsi ukazi, ki sledijo po #pragma do konca vrste, so namenjeni prevajalniku iz C kode v strojni jezik.

#pragma hdrstop – header stop: vsa koda pred vrstico #pragma hdrstop se prevede ob zahtevku po prevajanju le, ce je v tej kodi kaksna sprememba, sicer pa se le doda zadnji prevod te kode trenutnemu prevodu ostanka kode za vrstico #pragma hdrstop. Namen: hitrejse prevajanje, kadar je na zacetku datoteke veliko #include stavkov z deklaracijami in/ali definicijami podatkovnih struktur in funkcij iz knjiznic in/ali preostalih datotek, gradnikov konkretnega programa.

#pragma argsused – arguments used: velja za argumente funkcije neposredno za #pragma argsused. Prevajalnik naj ne opozori, kadar argumenti funkcije v funkciji niso uporabljeni. main() obicajno klicemo brez argumentov in ne potrebujemo opozorila na to pri vsakem prevajanju.

*/ //--- #include <stdio.h> #pragma hdrstop //--- #pragma argsused

int main(int argc, char* argv[]) { printf("\nPozdravljen svet!\n"); printf("Hello world!\n"); return 0; } //---

(30)

2.2.2 R: Navodilo programerju

//--- #include <stdio.h> #pragma hdrstop //--- #pragma argsused

int main(int argc, char* argv[]) {

printf ("\n1. V C jeziku je pomembno razlikovati med velikimi in malimi crkami.\n");

printf ("2. Program zacnemo s funkcijo main\(\).\n");

printf ("3. Vsako funkcijo zacnemo z oklepajem in koncamo z oklepajem.\n"); printf ("4. Vsak programski stavek zakljucimo s podpicjem.\n");

printf("\n"); return 0; }

(31)

2.2.3 R: printf(), vrnjena vrednost

int x;

x = printf("\nZdaj je cetrtek zvecer.\n");

printf("Vrnjena vrednost funkcije printf\(\) je: %d\n", x);

return 0; }

(32)

2.2.4 R: Osebna vizitka

printf("\n******************************\n"); printf("* *\n"); printf("* Janez Franc Novakov *\n"); printf("* *\n"); printf("* Cesta v mestni log 42 *\n"); printf("* 1000 Ljubljana *\n"); printf("* *\n"); printf("* +386 41 555 000 *\n"); printf("* *\n"); printf("******************************\n"); return 0; } //---

(33)

3 Spremenljivke, podatkovni tipi in aritmetični izrazi

Poudarki:

−

Deklaracija spremenljivk tipa int, float, double, long double,

char.

−

Niz spremenljivk tipa char.

−

Aritmetični operatorji +, -, *, /, % s celoštevilskimi

spremenljivkami tipa int.

−

Aritmetični operatorji +, -, *, / s tipi spremenljivk za realna

števila.

−

Kompaktni aritmetični operator +=.

−

Računske operacije med argumenti tipov int in float.

−

Potenciranje x

y

_{, pow(x,y).}

−

Uporaba in oblike izpisov velikih in majhnih števil z eksponenti,

n 10*

m

_{, nEm.}

−

Vnos celih in realnih števil s scanf().

−

Izpis niza s puts().

−

Izpis spremenljivk tipa int, float, double, long double, char s

printf().

(34)

3.1 Naloge

3.1.1 N: scanf(), printf()

Napišimo program, ki naj z uporabo printf(), scanf() izvede:

Vpisite avtomobilsko znamko in model: npr. Renault

Vpisite model avtomobila: npr. Clio

Vpisite ceno: npr. 1400

Avtomobil Renault Clio stane 1400 Eur.

Namen: Vpis podatka s scanf(), sestavljen izpis.

Izpis:

(35)

3.1.2 N: Kalkulator

Napišimo program, ki prebere dve celi števili ter izpiše vsoto, razliko,

produkt, kvocient in ostanek pri deljenju. Delovanje:

Vpisite 1. celo stevilo: npr. 5

Vpisite 2. celo stevilo: npr. 4

6 + 4 = 10

6 - 4 = 2

6 * 4 = 24

6 / 4 = 1

6 % 4 = 2

Namen: Delo s celimi števili: vnos, uporaba operatorjev algebre, izpis.

Izpis:

//---

3.1.3 N: Polinom

Napišimo program, ki bo izračunal 3 ∗ 𝑥

3

_{− 5 ∗ 𝑥}

2

_{+ 6 za x = 2.55}

Namen: Računanje z realnimi števili, spremenljivke tipa float, funkcija

pow(x,y).

Možen izpis:

(36)

3.1.4 N: Ulomek z eksponenti

Napišimo program, ki bo izračunal in izpisal rezultat za izraz

(3.31 * 10

-8

_{* 2.01 * 10}

-7

_{) / (7.16 * 10}

-6

_{+ 2.01 * 10}

-8

₎

Namen: Računanje z majhnimi (in velikimi) števili, spremenljivke tipa

float, double, long double, rezultat izpisan v različnih formatih.

Možen izpis:

//---

3.1.5 N: Obseg in površina kroga

Program naj izračuna obseg in površino kroga in naj podatke izpiše na 3

decimalna mesta natančno.

Namen: Določitev π, izpis realnih števil na n decimalnih mest.

Izpis:

(37)

3.1.6 N: Vsota kotov

Napišimo program, ki prebere dva kota v stopinjah, minutah in sekundah

(celoštevilske vrednosti). Nato naj izračuna in izpiše njuno vsoto.

Rezultat naj bo spet v stopinjah, minutah in sekundah.

Namen: Seštevanje in pretvarjanje podatkov v celih številih. Za dosego

tega cilja je smiselno računati v najmanjših enotah (v tem primeru v

sekundah) in rezultat ob izpisu prilagoditi v željeno obliko.

Izpis:

//---

3.1.7 N: Preračun iz °F v °C

Program naj preračuna Fahrenheitove v Celzijeve stopinje.

Namen: Vnos celega števila, izpis realnega števila, algebra s celim in

realnim številom.

Izpis:

(38)

3.1.8 N: Pretvorba iz radianov v stopinje

Napišimo program, ki prebere geometrijski kot kot realno število v

radianih in ga izpiše kot realno število v stopinjah.

Namen: Določitev števila π, vpis in izpis ter račun z realnimi števili.

Izpis:

//---

3.1.9 N: Obrat števk

Napišimo program, ki prebere štirimestno številko in jo izpiše v

obratnem vrstnem redu.

Namen: Razstavljanje in sestavljanje številke v števke. Uporaba

celoštevilskega deljenja in ostanka celoštevilskega deljenja.

Izpis:

(39)

3.2 Rešitve (R)

3.2.1 R: scanf(), printf()

//--- #include <stdio.h> #pragma hdrstop //---

char cZnamkaAvta[80], cModelAvta[80]; int iCena;

printf("\nVpisite avtomobilsko znamko: "); scanf("%s",&cZnamkaAvta);

printf("Vpisite model avtomobila: "); scanf("%s",&cModelAvta);

printf("Vpisite ceno: "); scanf("%d",&iCena);

printf("Avtomobil %s %s stane %d Eur.\n",cZnamkaAvta, cModelAvta, iCena); return 0;

}

(40)

3.2.2 R: Kalkulator

int iA, iB;

int vsota, razlika, produkt, kolicnik, ostanek;

puts("\nPo vpisu dveh celih stevil dobite vsoto, razliko. produkt, kolicnik in ostanek.");

printf("Vpisite 1. celo stevilo: "); scanf("%d", &iA);

printf("Vpisite 2. celo stevilo: "); scanf("%d", &iB); vsota = iA + iB; razlika = iA - iB; produkt = iA * iB; kolicnik = iA / iB; ostanek = iA % iB;

printf("%d + %d = %d\n", iA, iB, vsota); printf("%d - %d = %d\n", iA, iB, razlika); printf("%d * %d = %d\n", iA, iB, produkt); printf("%d / %d = %d\n", iA, iB, kolicnik); printf("%d %% %d = %d\n", iA, iB, ostanek); puts("");

return 0; }

(41)

3.2.3 R: Polinom

//--- #include <stdio.h> #include <math.h> #pragma hdrstop //--- #pragma argsused

float x = 2.55;

float y = 3 * x*x*x - 5 * x*x + 6;

float yy = 3 * pow(x,3) - 5 * pow(x,2) + 6; float fRazlika = y - yy;

puts("\nRacunamo 3 * x**3 - 5 * x**2 + 6 za x=2.55."); printf ("Rezultat je %f.\n", y);

printf ("Razlika med mnozenjem in rabo pow(x,y) je %f.\n", fRazlika); puts("");

return 0; }

(42)

3.2.4 R: Ulomek z eksponenti

// za prikaz rezultata uporabimo exponentni format // (3.31 x 10-8 x 2.01 x 10-7) / (7.16 x 10-6 + 2.01 x 10-8)

// Mozna deklariranja za realno stevilo so: // "float": 32 bitov, 3.4E-38 <-> 3.4E38 // "double": dvojni "float", 64 bitov

// opcijski modifier "long" poveca tocnost tipa "double", 80 bits float fRezultat;

puts("\nRacunamo (3.31E-8 * 2.01E-7) / (7.16E-6 + 2.01E-8)\n"); fRezultat = (3.31E-8 * 2.01E-7) / (7.16E-6 + 2.01E-8);

//double dRezultat = (3.31E-8 * 2.01E-7) / (7.16E-6 + 2.01E-8); puts ("Izpis z %i, razumljivo narobe:");

printf ("Rezultat je %i\n\n", fRezultat);

// %i: -1073741824 je narobe, kar je razumljivo: float je izpisan kot int puts ("Izpis z %e:");

printf ("Rezultat je %e\n\n", fRezultat); // eXponent // %e: 9.266027e-10

(43)

// %E: 9.266027E-10

puts ("Izpis z %f:");

printf ("Rezultat je %f\n\n", fRezultat); // float // %f: 0.000000

puts ("Izpis z %g, je krajse izmed %e in %f:"); printf ("Rezultat je %g\n\n", fRezultat); // %g: 9.26603e-10

puts ("Izpis z %G, je krajse izmed %E in %f, NAJBOLJ USTREZNO"); printf ("Rezultat je %G\n\n", fRezultat);

// %g: 9.26603E-10

return 0; }

(44)

3.2.5 R: Obseg in površina kroga

#define PI 3.1416

double r, obseg, ploscina;

printf("\nRacunamo obseg in povrsino kroga, vpisite polmer: "); scanf("%lf", &r);

obseg = 2 * PI * r; ploscina = PI * pow(r,2);

printf("Radij kroga je %.3f, obseg kroga je %.3f, povrsina kroga je %.3f.\n\n", r, obseg, ploscina);

return 0; }

(45)

3.2.6 R: Vsota kotov

int vsota, n; int st, min, sek; vsota = 0;

// smiselno je vse racunati v sekundah, da bo vse v celostevilskem racunanju puts("\nRacunamo vsoto dveh kotov:");

puts("Vpisite prvi kot:");

// stopinja: 3600 sekund

printf(" stopinje: "); scanf("%d", &n); vsota += 3600*n;

// minuta: 60 sekund

printf(" minute: "); scanf("%d", &n); vsota += 60*n;

printf(" sekunde: "); scanf("%d", &n); vsota += n;

printf("Vpisite drugi kot:\n");

printf(" stopinje: "); scanf("%d", &n); vsota += 3600*n; printf(" minute: "); scanf("%d", &n); vsota += 60*n; printf(" sekunde: "); scanf("%d", &n); vsota += n;

// vsota je v sekundah, operator % 60 da ostanek sekund sek = vsota % 60;

// minut 60 krat manj od sekund, operator % 60 da ostanek minut min = (vsota / 60) % 60;

(46)

st = vsota / 3600; // celostevilsko deljenje s 3600

printf("Vsota obeh kotov je %i stopinj, %i minut in %i sekund.\n\n", st, min, sek);

return 0; }

(47)

3.2.7 R: Preračun iz °F v °C

// C = (F - 32) / 1.8

int iFStopinje; float fCStopinje;

puts("\nCelostevilske F stopinje, pretvorba v C stopinje: "); scanf("%d", &iFStopinje);

fCStopinje = (iFStopinje - 32) / 1.8;

printf ("%i stopinj Fahrenheita je %f stopinj Celzija\n", iFStopinje, fCStopinje); return 0;

}

(48)

3.2.8 R: Pretvorba iz radianov v stopinje

const double PI = acos(-1); float rad, st;

//double rad, st;

printf("\nVpisite kot v radianih: "); scanf("%f", &rad);

//scanf("%lf", &rad);

st = rad * 180 / PI;

printf("%f radianov = %f stopinj.\n", rad, st); //printf("%lf radianov = %lf stopinj.\n", rad, st); return 0;

}

(49)

3.2.9 R: Obrat števk

int iNTisocic, iNStotic, iNDesetic, iNEnic; int iStevilka, iObrnjena;

puts("\nObracamo stirimestno stevilko."); printf("Vpisite stirimestno stevilko: "); scanf("%d", &iStevilka); iNEnic = iStevilka % 10; iNDesetic = (iStevilka / 10) % 10; iNStotic = (iStevilka / 100) % 10; iNTisocic = (iStevilka / 1000) % 10;

iObrnjena = 1000 * iNEnic + 100 * iNDesetic + 10 * iNStotic + iNTisocic; printf("Obrnjena stevilka %d je %d.\n", iStevilka, iObrnjena);

// ali:

// printf("Obrat številke %d je %d%d%d%d.\n", iStevilka, iNEnic, iNDesetic, // iNStotic, iNTisocic);

return 0; }

(50)

4 Programske zanke

Poudarki:

−

Zanka for (inicializacija; logični pogoj; sprememba) { stavki; };.

−

Zanka do { stavki; } while (logični pogoj);.

−

Zanka while (logični pogoj) { stavki; }.

−

Logični pogoji za izvajanje zank: a <=b, c != n, n-- > 0.

−

Inkrementi za izvajanje zank: ++i; i++; i+=n.

−

Izhod iz zanke z break;.

−

V zanko vgnezdena zanka.

−

Izpis ASCII znakov tipa char v zanki po različnih kriterijih izbire.

−

Branje črk vrstice v zanki z getchar(), pisanje črk vrstice v zanki s

putchar().

−

Argumenti krožnih funkcij iz knjižnice math so v radianih in so

tipa double.

−

Izpisi v zanki for (inicializacija; logični pogoj; inkrement) {

(51)

4.1 Naloge

4.1.1 N: Izpis ASCII znakov, [0 .. 255]

Napišimo program, ki bo izpisal tabelo ASCII znakov od 0 do 255.

Namen: ASCII znaki, izpis v zanki.

Izpis:

//---

4.1.2 N: Izpis ASCII znakov iz intervala

Program naj izpiše ASCII znake iz intervala med dvema vnešenima

številkama.

Namen: Izpis določenih ASCII znakov v zanki.

Izpis:

(52)

4.1.3 N: Izpis abecede velikih črk

Izpišimo abecedo velikih črk. Izpis napišimo v zanki.

Namen: Izpis velikih črk abecede v zanki.

Izpis:

//---

4.1.4 N: Izpis abecede malih črk

Izpišimo abecedo malih črk. Izpis napišimo v zanki.

Namen: Izpis malih črk abecede v zanki.

Izpis:

//---

4.1.5 N: getchar(), putchar()

Program naj prebere vrstico, ki jo vpišemo do tipke »Enter« in naj jo

izpiše. To naj poteka v zanki. Če je v prebrani vrstici znak ‘.’, naj se

delovanje programa konča.

Namen: Branje črk vrstice v zanki z getchar(), pisanje črk vrstice v zanki

s putchar().

(53)

4.1.6 N: 12 faktoriel

Napišimo program, ki izračuna in izpiše tabelo prvi 12 faktoriel (od 1 !

do 12 ! ).

npr. 5! = 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 120

Namen: Računanje in izpis v zanki. Prejšnji rezultat uporabimo v

izračunu trenutnega rezultata.

Izpis:

(54)

4.1.7 N: Tabela sinus[0..2π]

Tabelirajmo funkcijo sin(x) med 0° in 360° (2 π radianov) s korakom 10°.

Namen: Uporaba funkcij iz matematične knjižnice. Ugotovitvi, da so

argumenti teh funkcij tipa double (64 bit) in da je argument x funkcije

sin(x) v radianih. Pretvorba med radiani in stopinjami, oblikovanje izpisa.

Izpis:

//---

4.1.8 N: Integral sin(x)

Napišimo program za računanje integrala funkcije sin(x) po trapezni

metodi v mejah [0 .. 2π]. Program naj sešteva predznačene ploščine

oziroma produkte vrednosti (sin(x) + sin(x+ Δ

x) / 2) z razmaki Δx.

Namen: Računanje integrala funkcije po trapezni metodi oziroma

predznačene ploščine pod krivuljo funkcije. Opaziti, da je računanje

ploščine pod krivuljo funkcije, ki je simetrična glede na absciso,

praktično neodvisno od velikosti Δx, če predznačeno ploščino računamo

za celo periodo funkcije in če je perioda večkratnik Δ

x. Razlog je

simetričnost funkcije – enako napako predznačene ploščine dobimo nad

in pod absciso. Napaki se odštejeta. Če perioda ni večkratnik Δx, je

napaka opazna.

(55)

4.1.9 N: Integral polinoma

Po trapezni metodi izračunajmo približek integrala funkcije 𝑓(𝑥) =

𝑥

2

_{+ 5𝑥 + 3 na intervalu [0 .. 10] s korakom 0,001 (10000 korakov).}

Namen: Računanje integrala funkcije oziroma predznačene ploščine pod

krivuljo funkcije. Opaziti, da bo napaka rezultata odvisna od izbire

velikosti Δx.

Izpis:

//---

4.1.10 N: Fibonaccijevo zaporedje

Sestavimo program, ki izpiše prvih n členov Fibonaccijevega zaporedja

(to je zaporedje, podano s predpisom: f(1) = 1, f(2) = 1, f(n) = f(n-1) +

f(n-2).

Namen: Računanje in izpis v zanki. Seznanitev s Fibonaccijevim

zaporedjem.

Izpis:

(56)

4.1.11 N: Piramida

Sestavimo program, ki bo izpisal piramido velikosti n, kot je to prikazano

v izpisu. Uporabnik vnese število vrstic n oziroma višino. Spodnja vrstica

piramide naj začne skrajno levo.

Namen: Oblikovanje izpisa v zanki. Ugotoviti zakonitost pisanja splošne

vrstice, ki jo potem izpisujemo v zanki s tekočimi indeksi.

Izpis:

//---

**4.1.12 N: Poštevanka 10 * 10**

Vprogramirajmo izpis poštevanke od 1 do 10, z oznakami 1-10 zgoraj in

ob strani.

Namen: Izračun in oblikovanje izpisa v zankah. Ena zanka naj bo za prvo

vrsto, ena za drugo vrsto, ena za preostanek izpisa.

(57)

4.1.13 N: Vsota števk

Napišimo program, ki izračuna vsoto števk vnesene številke. Vse števke

naj bodo različne od 0. Vpis številke, izračun in izpis naj bodo v zanki,

katere izvajanje prekinemo z vnosom številke 999.

Namen: Uporaba celoštevilskega deljenja in ostanka v zanki za izvedbo

naloge.

Izpis:

//---

4.1.14 N: e

x

_{kot vrsta do (člen < ε)}

Sestavimo program, ki prebere realno število x in izračuna e

x

_{s pomočjo}

spodnje potenčne vrste. Zadnji upoštevani člen potenčne vrste naj bo

večji ali enak vnaprej predpisani konstanti ε (dovoljena napaka).

𝑒

𝑥

_{= 1 +}

𝑥

2

2! +

𝑥

3

3! + ⋯ +

𝑥

𝑛−1

(𝑛 − 1)!

Namen: Računanje v zanki. Iteracijski postopek zaključimo ob dovolj

majhnem členu.

Izpis:

(58)

4.2 Rešitve (R)

4.2.1 R: Izpis ASCII znakov, [0 .. 255]

//--- #include <stdio.h>

#pragma hdrstop

//--- #pragma argsused

int main(int argc, char* argv[]) { int i; puts (""); for (i = 0; i <= 255; ++i) printf("%d %c\n", i, i); return 0; } //---

(59)

4.2.2 R: Izpis ASCII znakov iz intervala

int m, n, i;

printf("\nVpisite spodnjo mejo v ASCII tabeli: "); scanf("%d", &m);

printf("Vpisite zgornjo mejo v ASCII tabeli: "); scanf("%d", &n);

for (i=m; i<=n; i++) printf("%d = '%c'\n", i, i); printf("\n"); return 0; } //---

(60)

4.2.3 R: Izpis abecede velikih črk

int main(int argc, char* argv[]) { int i; puts(""); for (i = 65; i <= 90; ++i) { //printf("%d %c ", i, i); printf("%c ", i); } printf("\n"); return 0; } //---

(61)

4.2.4 R: Izpis abecede malih črk

int main(int argc, char* argv[]) { int i; puts(""); for (i = 97; i <= 122; ++i) { //printf("%d %c ", i, i); printf("%c ", i); } printf("\n"); return 0; } //---

(62)

4.2.5 R: getchar(), putchar()

char c;

puts("\nVpisite besedilo (koncajte vpis z Enter, program pa s . (piko)):");

do { c=getchar(); putchar(c); } while (c != '.'); puts(""); return 0; } //---

(63)

4.2.6 R: 12 faktoriel

int i, j = 1;

puts ("\nTabela prvih 12 faktoriel:\n"); puts (" i i!\n");

for (i=1; i<= 12; i++) { j = j * i;

printf (" %2i %10i\n", i, j); }

return 0; }

(64)

4.2.7 R: Tabela sin[0 .. 2π]

// pi = 180 stopinj, cos(pi) = -1

// kotne funkcije imajo argumente v radianih

// sin(x) argumenti: double, zato double Pi in izpis %9lf int i; double Pi = acos(-1); puts(""); for (i = 0; i <= 360; i += 10) { printf("sin(%3d) = %9lf\n", i, sin(Pi*i/180.0)); } return 0; } //---

(65)

4.2.8

R: Integral sin(x)

double pl=0, y; int i;

double Pi = acos(-1); int korak = 1; // stopinj puts("");

for (i = 0; i <= 360-korak; i += korak)

pl += (sin(Pi*i/180.0) + sin(Pi*(i+korak)/180.0)) /2 * korak;

printf("pl = %lf\n", pl); return 0;

}

(66)

4.2.9 R: Integral polinoma

double korak = 0.001; double pl=0, y1, y2, x;

for (x=0.0; x<=(10.0-korak); x+=korak) { y1 = pow(x,2) + 5*x + 3; y2 = pow(x+korak,2) + 5*(x+korak) + 3; pl += (y1+y2)/2 * korak; } printf("\npl = %lf\n", pl); return 0; } //---

(67)

4.2.10 R: Fibonaccijevo zaporedje

int n, a, b, c;

printf("\nVpisite stevilo clenov: "); scanf("%d", &n);

printf("Cleni zaporedja so:"); a = 1;

b = 0;

while (n-- > 0) { // n se postopno zmanjsuje // je pac navzdol tekoci stevec // razlikovati med --n in n-- c = a + b; printf(" %d", c); a = b; b = c; //n--; } printf("\n"); return 0; } //---

(68)

4.2.11 R: Piramida

int visina; int i, j;

printf("\nVpisite visino piramide: "); scanf("%d", &visina);

// najprej je potrebno ugotoviti pravilo:

// V i-ti vrstici je (visina - i) presledkov in (2 * i - 1) zvezdic.

for (i=1; i<=visina; i++) { for (j=1; j<=visina-i; j++) printf(" "); for (j=1; j<=2*i-1; j++) printf("*"); printf("\n"); } return 0; } //---

(69)

**4.2.12 R: Poštevanka 10 * 10**

int i, j, k, l; // prva vrsta printf("\n |"); for(i=1; i<=10; i++) printf(" %3d",i); printf("\n"); // druga vrsta for(j=1; j<=i; j++) printf("----"); printf("\n"); // preostanek izpisa for(k=1; k<=10; k++){ printf(" %2i| ", k); for(l=1; l<=10; l++) printf("%3i ",k*l); printf("\n"); } return 0; } //---